8.2 Blendingssvigrúm frumeinda

Blendingssvigrúm frumeinda

Námsmarkmið

Þegar þú hefur lokið við þennan kafla getur þú:

Útskýrt hugtakið blending frumeindasvigrúma
Ákvarðað blendingssvigrúmin sem tengjast ýmsum sameindalögunum

Að hugsa út frá skörun frumeindasvigrúma er ein leið fyrir okkur til að útskýra hvernig efnatengi myndast í tvíatóma sameindum. Til að skilja hvernig sameindir með fleiri en tvær frumeindir mynda stöðug efnatengi þurfum við hins vegar nákvæmara líkan. Lítum sem dæmi á vatnssameindina, þar sem ein súrefnisfrumeind tengist tveimur vetnisfrumeindum. Súrefni hefur rafeindaskipanina 1s²2s²2p⁴, með tvær óparaðar rafeindir (eina í hvoru tveggja 2p-svigrúmanna). Gildisrafeindatengjafræðin myndi spá því að tvö O–H tengi myndist við skörun þessara tveggja 2p-svigrúma við 1s-svigrúm vetnisfrumeindanna. Ef svo væri, væri tengihornið 90°, eins og sýnt er á Mynd 8.6, því p-svigrúm eru hornrétt hvert á annað. Raunprófanir sýna að tengihornið er 104,5°, ekki 90°. Spá gildisrafeindatengjafræðinnar passar ekki við raunverulegar athuganir á vatnssameind; það þarf annað líkan.

Two peanut-shaped orbitals lie perpendicular to one another. They overlap with spherical orbitals to the left and top of the diagram. — Mynd 8.6 Hugsanleg skörun tveggja af 2p-svigrúmum á súrefnisfrumeind (rautt) við 1s-svigrúm tveggja vetnisfrumeinda (blátt) myndi gefa 90° tengihorn. Þetta er ekki í samræmi við raunprófanir. ¹

Skammtafræðilegir útreikningar gefa til kynna hvers vegna raunveruleg tengihorn í H₂O eru frábrugðin þeim sem spáð er með skörun 1s-svigrúms vetnisfrumeindanna við 2p-svigrúm súrefnisfrumeindarinnar. Stærðfræðilega segðin sem kallast bylgjufall, ψ, inniheldur upplýsingar um hvert svigrúm og bylgjueiginleika rafeinda í stakri frumeind. Þegar frumeindir eru tengdar saman í sameind, sameinast bylgjuföllin og mynda nýjar stærðfræðilegar lýsingar sem hafa aðra lögun. Þetta ferli að sameina bylgjuföll frumeindasvigrúma er kallað blending (e. hybridization) og er stærðfræðilega framkvæmt með línulegri samantekt frumeindasvigrúma, LCAO, (aðferð sem við munum hitta á aftur síðar). Nýju svigrúmin sem myndast eru kölluð blendingssvigrúm (e. hybrid orbitals). Gildissvigrúmin í stakri súrefnisfrumeind eru eitt 2s-svigrúm og þrjú 2p-svigrúm. Gildissvigrúmin í súrefnisfrumeind í vatnssameind eru öðruvísi; þau samanstanda af fjórum jafngildum blendingssvigrúmum sem vísa nokkurn veginn í átt að hornum ferflötungs (Mynd 8.7). Þar af leiðandi ætti skörun O- og H-svigrúmanna að leiða til ferflötungstengihorns (109,5°). Raunhornið 104,5° er raunprófunargagn sem skammtafræðilegir útreikningar gefa gagnlega skýringu á: Gildisrafeindatengjafræðin verður að innihalda blendingarþátt til að gefa nákvæmar spár.

Two diagrams are shown and labeled “a” and “b.” Diagram a shows two peanut-shaped orbitals lying in a tetrahedral arrangement around the letter “O.” Diagram b shows the same two orbitals, but they now overlap to the top and to the left with two spherical orbitals, each labeled “H.” A pair of electrons occupies each lobe of the peanut-shaped orbitals. — Mynd 8.7 (a) Vatnssameind hefur fjögur svæði rafeindaþéttleika, þannig að VSEPR-kenningin spáir fyrir um ferflötungsfyrirkomulag blendingssvigrúma. (b) Tvö af blendingssvigrúmunum á súrefni innihalda stök rafeindapör og hin tvö skarast við 1s-svigrúm vetnisfrumeinda til að mynda O–H tengin í H₂O. Þessi lýsing er í betra samræmi við raunbygginguna.

Eftirfarandi hugmyndir eru mikilvægar til að skilja blendingu:

Blendingssvigrúm eru ekki til í stökum frumeindum. Þau myndast aðeins í samgildum tengdum frumeindum.
Blendingssvigrúm hafa lögun og stefnu sem er mjög frábrugðin lögun og stefnu frumeindasvigrúma í stökum frumeindum.
Mengi blendingssvigrúma er myndað með því að sameina frumeindasvigrúm. Fjöldi blendingssvigrúma í mengi er jafn fjölda frumeindasvigrúma sem voru sameinuð til að mynda mengið.
Öll svigrúm í mengi blendingssvigrúma eru jafngild að lögun og orku.
Gerð blendingssvigrúma sem myndast í tengdri frumeind fer eftir rúmfræði rafeindapara hennar eins og spáð er með VSEPR-kenningunni.
Blendingssvigrúm skarast til að mynda σ-tengi. Óblenduð svigrúm skarast til að mynda π-tengi.

Í eftirfarandi köflum munum við ræða algengar gerðir blendingssvigrúma.

Berýllíumfrumeindin í BeCl₂-sameind á gasformi er dæmi um miðfrumeind án einmana rafeindapara í línulegri röðun þriggja frumeinda. Það eru tvö svæði með gildisrafeindaþéttleika í BeCl₂-sameindinni sem samsvara tveimur samgildu Be–Cl tengjunum. Til að rúma þessi tvö rafeindasvið munu tvö af fjórum gildissvigrúmum Be-frumeindarinnar blandast og mynda tvö blendingssvigrúm. Þetta blendingunarferli felur í sér blöndun á s-gildissvigrúmi við eitt af p-gildissvigrúmunum til að mynda tvö jafngild sp-blendingssvigrúm (e. sp hybrid orbitals) sem raðast í línulega rúmfræði (Mynd 8.8). Á þessari mynd virðist mengi sp-svigrúmanna vera svipað í lögun og upprunalega p-svigrúmið, en það er mikilvægur munur. Fjöldi frumeindasvigrúma sem blandast er alltaf jafn fjölda blendingssvigrúma sem myndast. p-svigrúmið er eitt svigrúm sem getur rúmað allt að tvær rafeindir. sp-mengið eru tvö jafngild svigrúm sem vísa 180° hvort frá öðru. Rafeindirnar tvær sem upphaflega voru í s-svigrúminu dreifast nú á sp-svigrúmin tvö, sem eru hálffyllt. Í BeCl₂ á gasformi munu þessi hálffylltu blendingssvigrúm skarast við svigrúm frá klórfrumeindunum og mynda tvö eins σ-tengi.

A series of three diagrams connected by a right-facing arrow that is labeled, “Hybridization,” and a downward-facing arrow labeled, “Gives a linear arrangement,” are shown. The first diagram shows a blue spherical orbital and a red, peanut-shaped orbital, each placed on an X, Y, Z axis system. The second diagram shows the same two orbitals, but they are now purple and have one enlarged lobe and one smaller lobe. Each lies along the x-axis in the drawing. The third diagram shows the same two orbitals, but their smaller lobes now overlap along the x-axis while their larger lobes are located at and labeled as “180 degrees” from one another. — Mynd 8.8 Blendingun s-svigrúms (blátt) og p-svigrúms (rautt) sömu frumeindar myndar tvö sp-blendingssvigrúm (gul). Hvert blendingssvigrúm vísar aðallega í aðeins eina átt. Taktu eftir að hvert sp-svigrúm inniheldur einn blaðhluta sem er umtalsvert stærri en hinn. Mengi sp-svigrúmanna tveggja er með 180° horn á milli sín, sem er í samræmi við rúmfræði fyrir tvö svið.

Við sýnum rafeindamuninn í einangraðri Be-frumeind og í tengdri Be-frumeind á orkustigsriti svigrúma í Mynd 8.9. Þessi rit tákna hvert svigrúm með láréttri línu (sem gefur til kynna orku þess) og hverja rafeind með ör. Orkan eykst eftir því sem ofar dregur á ritinu. Við notum eina ör upp á við til að tákna eina rafeind í svigrúmi og tvær örvar (upp og niður) til að tákna tvær rafeindir með gagnstæðan spuna.

A diagram is shown in two parts, connected by a right facing arrow labeled, “Hybridization.” The left diagram shows an up-facing arrow labeled, “E.” To the lower right of the arrow is a short, horizontal line labeled, “2 s,” that has two vertical half-arrows facing up and down on it. To the upper right of the arrow are a series of three short, horizontal lines labeled, “2 p.” Above these two sets of lines is the phrase, “Orbitals in an isolated B e atom.” The right side of the diagram shows two short, horizontal lines placed halfway up the space and each labeled, “s p.” An upward-facing half arrow is drawn vertically on each line. Above these lines are two other short, horizontal lines, each labeled, “2 p.” Above these two sets of lines is the phrase, “Orbitals in the s p hybridized B e in B e C l subscript 2.” — Mynd 8.9 Þetta orkustigsrit svigrúma sýnir sp-blendinguðu svigrúmin á Be í línulegu BeCl₂-sameindinni. Hvert af sp-blendingssvigrúmunum tveimur geymir eina rafeind og er því hálffyllt og tilbúið til tengingar með skörun við 3p-svigrúm klórs.

Þegar frumeindasvigrúm blandast, setjast gildisrafeindirnar í nýju svigrúmin. Be-frumeindin hafði tvær gildisrafeindir, þannig að hvort sp-svigrúmanna fær eina af þessum rafeindum. Hvor þessara rafeinda myndar par við óparaða rafeind á klórfrumeind þegar blendingssvigrúm og klórsvigrúm skarast við myndun Be–Cl tengjanna.

Sérhver miðfrumeind sem er aðeins umkringd tveimur svæðum gildisrafeindaþéttleika í sameind mun sýna sp-blendingu. Önnur dæmi eru kvikasilfursfrumeindin í línulegu HgCl₂-sameindinni, sinkfrumeindin í Zn(CH₃)₂, sem inniheldur línulega C–Zn–C röðun, og kolefnisfrumeindirnar í HCCH og CO₂.

Gildissvigrúm miðfrumeindar sem er umkringd þremur svæðum rafeindaþéttleika samanstanda af mengi þriggja sp²-blendingssvigrúma (e. sp2 hybrid orbitals) og eins óblendingaðs p-svigrúms. Þessi röðun stafar af sp²-blendingu, blöndun eins s-svigrúms og tveggja p-svigrúma til að mynda þrjú eins blendingssvigrúm sem raðast í þríhyrningslaga flatta rúmfræði (Mynd 8.10).

This shows a series of three diagrams with one on the left connected to one on the right by a right-facing arrow that is labeled, “Hybridization.” Below the one on the right is a downward-facing arrow labeled, “Gives a trigonal planar arrangement,” connecting to the last diagram. The first diagram shows a blue spherical orbital labeled “S” and then two red and blue, peanut-shaped orbitals, each placed on an X, Y, Z axis system, labeled “P subscript x” and “P subscript y.” The two red and blue orbitals are located on the x and z axes, respectively. The second diagram shows the three orbitals again on an X, Y, Z axis system, but they are yellow and have one enlarged lobe and one smaller lobe. Each lies in a different axis in the drawing. The third diagram shows the same three orbitals, but their smaller lobes now overlap while their larger lobes are located at and labeled as “120 degrees” from one another. — Mynd 8.10 Blendingun s-svigrúms (blátt) og tveggja p-svigrúma (rautt) myndar þrjú jafngild sp²-blendinguð svigrúm (gul) sem raðast með 120° horni á milli sín. Óblendingaða p-svigrúmið sem eftir er er ekki sýnt hér, en það er staðsett meðfram z-ásnum.

Þrátt fyrir að skammtafræði gefi „þrýstna“ svigrúmsblaðhluta eins og sýnt er í Mynd 8.10, eru þessi svigrúm stundum teiknuð þynnri og án minni blaðhlutanna, eins og í Mynd 8.11, til að forðast að skyggja á aðra eiginleika ákveðinnar myndar. Við munum nota þessar „þynnri“ framsetningar þegar raunverulega sýnin er of þétt til að auðvelt sé að sjá hana fyrir sér.

Three balloon-like orbitals are shown, and connect together near their narrower ends in one plane. The angle between a pair of lobes is labeled, “120 degrees.” — Mynd 8.11 Þessi aðra leið til að teikna þríhyrningslaga flöttu sp²-blendingssvigrúmin er stundum notuð á þéttari myndum.

Bygging bóransameindarinnar, BH_3, bendir til sp²-blöndunar fyrir bór í þessu efnasambandi. Sameindin er þríhyrningslaga flöt og bórfrumeindin tekur þátt í þremur efnatengjum við vetnisfrumeindir (Mynd 8.12). Við getum sýnt samanburð á svigrúmum og rafeindadreifingu í einangraðri bórfrumeind og í tengdri frumeind í BH₃ eins og sýnt er á orkustigsriti svigrúma á Mynd 8.13. Við endurdreifum þremur gildisrafeindum bórfrumeindarinnar í þrjú sp²-blönduðu svigrúmin og hver bórrafeind myndar par með vetnisrafeind þegar B–H efnatengi myndast.

A boron atom is shown connected to three hydrogen atoms, which are arranged around it like a pyramid. The angle from one line connecting the boron atom to a hydrogen atom to another line connecting the boron atom to a hydrogen atom is labeled, “120 degrees.” — Mynd 8.12 BH₃ er rafeindasnauð sameind með þríhyrningslaga flata byggingu.

A diagram is shown in two parts, connected by a right facing arrow labeled, “Hybridization.” The left diagram shows an up-facing arrow labeled “E.” To the lower right of the arrow is a short, horizontal line labeled, “2 s,” that has two vertical half-arrows facing up and down on it. To the upper right of the arrow are a series of three short, horizontal lines labeled, “2 p.” Above both sets of these lines is the phrase, “Orbitals in an isolated B atom.” One of the lines has a vertical, up-facing arrow drawn on it. The right side of the diagram shows three short, horizontal lines placed halfway up the space and each labeled, “s p superscript 2.” An upward-facing half arrow is drawn vertically on each line. Above these lines is one other short, horizontal line, labeled, “2 p.” Above both sets of lines is the phrase, “Orbitals in the s p superscript 2 hybridized B atom in B H subscript 3.” — Mynd 8.13 Í einangraðri B-frumeind eru eitt 2s- og þrjú 2p-gildissvigrúm. Þegar bór er í sameind með þremur svæðum rafeindaþéttleika blandast þrjú svigrúmanna og mynda sett af þremur sp²-svigrúmum og einu óblönduðu 2p-svigrúmi. Hvert af þremur hálffylltu blönduðu svigrúmunum skarast við svigrúm frá vetnisfrumeind til að mynda þrjú σ-efnatengi í BH₃.

Sérhver miðjufrumeind sem er umkringd þremur svæðum rafeindaþéttleika mun sýna sp²-blöndun. Þetta nær yfir sameindir með rafeindapar á miðjufrumeindinni, eins og ClNO (Mynd 8.14), eða sameindir með tvö einföld efnatengi og eitt tvítengi tengt við miðjufrumeindina, eins og í formaldehýði, CH₂O, og eteni, H₂CCH₂.

Three Lewis structures are shown. The left-hand structure shows a chlorine atom surrounded by three lone pairs of electrons single bonded to a nitrogen atom with one lone pair of electrons and double bonded to an oxygen atom with two lone pairs of electrons. The middle structure shows a carbon atom single bonded to two hydrogen atoms and double bonded to an oxygen atom that has two lone pairs of electrons. The right-hand structure shows two carbon atoms, double bonded to one another and each single bonded to two hydrogen atoms. — Mynd 8.14 Miðjufrumeindin/frumeindirnar í hverri sýndri byggingu innihalda þrjú svæði rafeindaþéttleika og eru sp²-blandaðar. Eins og við vitum frá umræðunni um VSEPR-kenninguna inniheldur svæði rafeindaþéttleika allar rafeindir sem vísa í eina átt. Rafeindapar, ópöruð rafeind, einfalt efnatengi eða margfalt efnatengi teljast hvert um sig sem eitt svæði rafeindaþéttleika.

Gildissvigrúm frumeindar sem er umkringd ferflötungsfyrirkomulagi tengipara og rafeindapara samanstanda af setti fjögurra sp³-blandaðra svigrúma (e. sp3 hybrid orbitals). Blönduðu svigrúmin verða til við blöndun eins s-svigrúms og allra þriggja p-svigrúmanna sem framleiðir fjögur eins sp³-blönduð svigrúm (Mynd 8.15). Hvert þessara blönduðu svigrúma vísar í átt að mismunandi horni ferflötungs.

A series of three diagrams connected by a right-facing arrow that is labeled, “Hybridization,” and a downward-facing arrow labeled, “Gives a tetrahedral arrangement,” are shown. The first diagram shows a blue spherical orbital and three red, peanut-shaped orbitals, each placed on an x, y, z axis system. The three red orbitals are located on the x , y and z axes, respectively. The second diagram shows the same four orbitals, but they are now purple and have one enlarged lobe and one smaller lobe. Each lies in a different axis in the drawing. The third diagram shows the same four orbitals, but their smaller lobes now overlap to form a tetrahedral structure. — Mynd 8.15 Blöndun eins s-svigrúms (blátt) og þriggja p-svigrúma (rauð) framleiðir fjögur jafngild sp³-blönduð svigrúm (gul) sem vísa með 109,5° horni hvert frá öðru.

Metansameind, CH₄, samanstendur af kolefnisfrumeind umkringdri fjórum vetnisfrumeindum á hornum ferflötungs. Kolefnisfrumeindin í metani sýnir sp³-blöndun. Við sýnum svigrúmin og rafeindadreifinguna í einangraðri kolefnisfrumeind og í tengdri frumeind í CH₄ á Mynd 8.16. Fjórum gildisrafeindum kolefnisfrumeindarinnar er dreift jafnt í blönduðu svigrúmin og hver kolefnisrafeind myndar par með vetnisrafeind þegar C–H efnatengin myndast.

A diagram is shown in two parts, connected by a right facing arrow labeled, “Hybridization.” The left diagram shows an up-facing arrow labeled “E.” To the lower right of the arrow is a short, horizontal line labeled, “2 s,” that has two vertical half-arrows facing up and down on it. To the upper right of the arrow are a series of three short, horizontal lines labeled, “2 p.” Two of the lines have a vertical, up-facing arrow drawn on them. Above both sets of lines is the phrase, “Orbitals in an isolated C atom.” The right side of the diagram shows four short, horizontal lines placed halfway up the space and each labeled, “s p superscript 3.” An upward-facing half arrow is drawn vertically on each line. Above these lines is the phrase, “Orbitals in the s p superscript 3 hybridized C atom in C H subscript 4.” — Mynd 8.16 Fjögur gildisfrumeindasvigrúm úr einangraðri kolefnisfrumeind blandast öll þegar kolefnið tengist í sameind eins og CH₄ með fjórum svæðum rafeindaþéttleika. Þetta skapar fjögur jafngild sp³-blönduð svigrúm. Skörun hvers blandaðs svigrúms við vetnissvigrúm skapar C–H σ-efnatengi.

Í metansameind skarast 1s-svigrúm hverrar af fjórum vetnisfrumeindunum við eitt af fjórum sp³-svigrúmum kolefnisfrumeindarinnar til að mynda sigma (σ) efnatengi. Þetta leiðir til myndunar fjögurra sterkra, jafngildra samgildra efnatengja milli kolefnisfrumeindarinnar og hverrar vetnisfrumeindar til að framleiða metansameindina, CH₄.

Bygging etans, C₂H_6, er svipuð og metans að því leyti að hvert kolefni í etani hefur fjórar nágrannafrumeindir raðað á horn ferflötungs – þrjár vetnisfrumeindir og eina kolefnisfrumeind (Mynd 8.17). Hins vegar, í etani skarast sp³-svigrúm einnar kolefnisfrumeindar enda í enda við sp³-svigrúm annarrar kolefnisfrumeindar til að mynda σ-efnatengi milli kolefnisfrumeindanna tveggja. Hvert af hinum sp³-blönduðu svigrúmunum skarast við s-svigrúm vetnisfrumeindar til að mynda kolefnis-vetnis σ-efnatengi. Bygging og heildarútlínur tengisvigrúma etans eru sýndar á Mynd 8.17. Afstaða CH₃-hópanna tveggja er ekki föst miðað við hvorn annan. Tilraunagögn sýna að snúningur um σ-efnatengi á sér auðveldlega stað.

Two diagrams are shown and labeled “a” and “b.” Diagram a shows two carbon atoms, each surrounded by their four s p subscript three hybridized orbitals in a three dimensional arrangement. Each of the orbitals is shown overlapping with a spherical hydrogen atom. Diagram b shows the same general arrangement, but the hydrogen atoms are just represented by an, “H” and their spherical orbitals are not shown. — Mynd 8.17 (a) Í etansameindinni, C₂H₆, hefur hvert kolefnisatóm fjögur sp³ svigrúm. (b) Þessi fjögur svigrúm skarast og mynda sjö σ-efnatengi.

sp³-blendingssvigrúm getur einnig haldið rafeindapari. Til dæmis er niturfrumeindin í ammóníaki umkringd þremur bindipörum og einu rafeindapari sem vísa að fjórum hornum ferflötungs. Niturfrumeindin er sp³-blendinguð og eitt blendingssvigrúmið er upptekið af rafeindaparinu.

Sameindabygging vatns er í samræmi við ferflötungsfyrirkomulag tveggja rafeindapara og tveggja bindipara rafeinda. Því segjum við að súrefnisfrumeindin sé sp³-blendinguð, þar sem tvö blendingssvigrúmanna eru upptekin af rafeindapörum og tvö af bindipörum. Þar sem rafeindapör taka meira pláss en bindipör, hafa byggingar sem innihalda rafeindapör örlítið brengluð tengihorn miðað við hið fullkomna. Fullkomnir ferflötungar hafa 109,5° horn, en hornin sem mælast í ammóníaki (107,3°) og vatni (104,5°) eru örlítið minni. Önnur dæmi um sp³-blendingu eru CCl₄, PCl₃ og NCl₃.

Til að lýsa fimm bindisvigrúmum í þríhyrndu tvípýramídafyrirkomulagi verðum við að nota fimm af frumeindasvigrúmum gildishvolfsins (s-svigrúmið, þrjú p-svigrúmin og eitt af d-svigrúmunum), sem gefur fimm sp³d-blendingssvigrúm (e. sp3d hybrid orbitals). Með áttflötungsfyrirkomulagi sex blendingssvigrúma verðum við að nota sex frumeindasvigrúm gildishvolfsins (s-svigrúmið, þrjú p-svigrúmin og tvö af d-svigrúmunum í gildishvolfi þess), sem gefur sex sp³d²-blendingssvigrúm (e. sp3d2 hybrid orbitals). Þessar blendingar eru aðeins mögulegar fyrir frumeindir sem hafa d-svigrúm í gildisundirhvolfum sínum (það er að segja, ekki þær sem eru á fyrsta eða öðru lotubili).

Í sameind fosfórpentaklóríðs, PCl₅, eru fimm P–Cl efnatengi (þar af leiðandi fimm pör gildisrafeinda í kringum fosfórfrumeindina) sem vísa í átt að hornum þríhyrnds tvípýramída. Við notum 3s-svigrúmið, þrjú 3p-svigrúmin og eitt af 3d-svigrúmunum til að mynda safn fimm sp³d-blendingssvigrúma (Mynd 8.19) sem taka þátt í P–Cl efnatengjunum. Aðrar frumeindir sem sýna sp³d-blendingu eru meðal annars brennisteinsfrumeindin í SF₄ og klórfrumeindirnar í ClF₃ og í ${{\text{ClF}}_{4}^{\text{+}}.}$ (Rafeindir á flúorfrumeindum eru sleppt til einföldunar.)

Three Lewis structures are shown along with designations of molecular shape. The left image shows a sulfur atom singly bonded to four fluorine atoms. The sulfur atom has one lone pair of electrons while each fluorine has three. Two fluorine atoms are drawn vertically up and down from the sulfur while the other two are shown going into and out of the page. The second structure shows one chlorine atom singly bonded to three fluorine atoms. The chlorine has two lone pairs of electrons while each fluorine has three. Two fluorine atoms are drawn vertically up and down from the sulfur while the other is shown horizontally. The right structure shows a chlorine atom singly bonded to four fluorine atoms. The chlorine atom has one lone pair of electrons and a superscript plus sign, while each fluorine has three lone pairs of electrons. Two fluorine atoms are drawn vertically up and down from the sulfur while the other two are shown going into and out of the page. — Mynd 8.18 Efnasamböndin þrjú á myndinni sýna sp³d-blendingu í miðfrumeindinni og þríhyrnt tvípýramídaform. SF₄ og ${{\text{ClF}}_{4}^{\text{+}}}$ hafa eitt rafeindapar á miðfrumeindinni og ClF₃ hefur tvö rafeindapör sem gefur því T-lögunina sem sýnd er.

Two images are shown and labeled “a” and “b.” Image a depicts a ball-and-stick model in a trigonal bipyramidal arrangement. Image b depicts the hybrid orbitals in the same arrangement and each is labeled, “s p superscript three d.” — Mynd 8.19 (a) Svæðin fimm með rafeindaþéttleika í kringum fosfór í PCl₅ krefjast fimm sp³d-blendingssvigrúma. (b) Þessi svigrúm sameinast og mynda þríhyrnda tvípýramídabyggingu þar sem hver stór vængur blendingssvigrúmsins vísar að hornpunkti. Eins og áður eru einnig litlir vængir sem vísa í gagnstæða átt fyrir hvert svigrúm (ekki sýndir til einföldunar).

Brennisteinsfrumeindin í brennisteinshexaflúoríði, SF₆, sýnir sp³d²-blendingu. Sameind brennisteinshexaflúoríðs hefur sex bindipör rafeinda sem tengja sex flúorfrumeindir við eina brennisteinsfrumeind. Engin rafeindapör eru á miðfrumeindinni. Til að tengja sex flúorfrumeindir mynda 3s-svigrúmið, þrjú 3p-svigrúmin og tvö af 3d-svigrúmunum sex jafngild sp³d²-blendingssvigrúm, sem hvert um sig vísar að mismunandi horni áttflötungs. Aðrar frumeindir sem sýna sp³d²-blendingu eru meðal annars fosfórfrumeindin í ${{\text{PCl}}_{6}^{\text{−}},}$ joðfrumeindin í millihalógenunum ${{\text{IF}}_{6}^{\text{+}},}$ IF₅, ${{\text{ICl}}_{4}^{\text{−}},}$ ${{\text{IF}}_{4}^{\text{−}}}$ og xenónfrumeindin í XeF₄.

Two images are shown and labeled “a” and “b.” Image a depicts a ball-and-stick model in an octahedral arrangement. Image b depicts the hybrid orbitals in the same arrangement and each is labeled, “s p superscript three d superscript two.” — Mynd 8.20 (a) Brennisteinshexaflúoríð, SF₆, hefur áttflötungsbyggingu sem krefst sp³d²-tvinnunar. (b) Sex sp³d²-svigrúmin mynda áttflötungsbyggingu í kringum brennistein. Aftur er minni bleðill hvers svigrúms ekki sýndur til að auka skýrleika.

Úthlutun tvinnsvigrúma til miðfrumeinda

Tvinnun frumeindar er ákvörðuð út frá fjölda svæða með rafeindaþéttleika sem umlykja hana. Rúmfræðilegt fyrirkomulag sem einkennir hin ýmsu sett tvinnsvigrúma er sýnt á Mynd 8.21. Þetta fyrirkomulag er eins og það sem VSEPR-kenningin spáir fyrir um rafeindapara-rúmfræði. VSEPR-kenningin spáir fyrir um lögun sameinda og tvinnsvigrúmakenningin útskýrir hvernig þessi lögun myndast. Til að finna tvinnun miðfrumeindar getum við notað eftirfarandi leiðbeiningar:

Ákvarðið Lewis-byggingu sameindarinnar.
Ákvarðið fjölda svæða með rafeindaþéttleika í kringum frumeind með VSEPR-kenningunni, þar sem eintengi, fjöltengi, stakeindir og rafeindapör teljast hvert um sig sem eitt svæði.
Úthlutið því setti tvinnsvigrúma úr Mynd 8.21 sem samsvarar þessari rúmfræði.

A table is shown that is composed of five columns and six rows. The header row contains the phrases, “Regions of electron density,” “Arrangement,” (which has two columns below it), and “Hybridization,” (which has two columns below it). The first column contains the numbers “2,” “3,” “4,” “5,” and “6.” The second column contains images of a line, a triangle, a three sided pyramid, a trigonal bipyramid, and an eight-faced ocatahedron. The third column contains the terms, “Linear,” “Trigonal planar,” “Tetrahedral,” “Trigonal bipyramidal,” and “Octahedral.” The fourth column contains the terms “s p,” “s p superscript 2,” “s p superscript 3,” “s p superscript 3 d,” and “s p superscript 3 d superscript 2.” The last column contains drawings of the molecules beginning with a peanut-shaped structure marked with an angle of “180 degrees.” The second structure is made up of three equal-sized, rounded structures connected at one point with an angle of “120 degrees,” while the third structure is a three-dimensional arrangement of four equal-sized, rounded structures labeled as “109.5 degrees.” The fourth structure is made up of five equal-sized, rounded structures connected at “120 and 90 degrees,” while the fifth structure has six equal-sized, rounded structures connected at “90 degrees.” — Mynd 8.21 Lögun setta tvinnsvigrúma er í samræmi við rúmfræði rafeindapara. Til dæmis er frumeind sem er umkringd þremur svæðum með rafeindaþéttleika sp²-tvinnuð og þrjú sp²-svigrúmin raðast á þríhyrningslaga flattan hátt.

Það er mikilvægt að muna að tvinnun var þróuð til að rökstyðja sameindarúmfræði sem sést hefur í tilraunum. Líkanið virkar vel fyrir sameindir sem innihalda litlar miðfrumeindir, þar sem gildisrafeindapörin eru nálægt hvort öðru í rúmi. Hins vegar, fyrir stærri miðfrumeindir, eru gildisrafeindapörin lengra frá kjarnanum og það er minni fráhrinding. Efnasambönd þeirra sýna byggingar sem eru oft ekki í samræmi við VSEPR-kenninguna og tvinnsvigrúm eru ekki nauðsynleg til að útskýra gögnin sem sjást. Til dæmis höfum við rætt H–O–H tengihornið í H₂O, 104,5°, sem er í betra samræmi við sp³-tvinnsvigrúm (109,5°) á miðfrumeindinni en við 2p-svigrúm (90°). Brennisteinn er í sama hópi og súrefni og H₂S hefur svipaða Lewis-byggingu. Hins vegar hefur það mun minna tengihorn (92,1°), sem gefur til kynna mun minni tvinnun á brennisteini en súrefni. Ef haldið er áfram niður hópinn er tellúr jafnvel stærra en brennisteinn og fyrir H₂Te er tengihornið sem sést (90°) í samræmi við skörun 5p-svigrúmanna, án þess að vísa til tvinnunar. Við vísum til tvinnunar þar sem það er nauðsynlegt til að útskýra byggingarnar sem sjást.

Three Lewis structures are shown. The left structure shows an oxygen atom with two lone pairs of electrons single bonded to two hydrogen atoms. The middle structure is made up of a sulfur atom with two lone pairs of electrons single bonded to two hydrogen atoms. The right structure is made up of a tellurium atom with two lone pairs of electrons single bonded to two hydrogen atoms. From left to right, the bond angles of each molecule decrease.

Neðanmálsgreinar

Athugið að svigrúm eru stundum teiknuð í aflangri „blöðrulögun“ frekar en í raunverulegri „þrýstnari“ lögun til að auðvelda að sjá lögunina fyrir sér. ↩